取扱説明書 専用 3軸 コントローラー (-5V / +5V) PIEZOCONCEPT
PIEZOCONCEPT
操作マニュアル
アナログ インターフェース付きコントローラ用
-5V〜5Vアナログ入力
標準電源(2A)
重要安全情報
高電圧ドライバは、危険な電圧や電流を発生させることがあります。ドライバを操作するとき、およびリニアアクチュエータを取り扱うときは、注意してください。圧電アクチュエータは大きな静電容量を持ち、危険な量の電気エネルギーを長期間にわたって蓄えることができます。また、負荷や温度変化などのさまざまな条件により、圧電アクチュエータに電荷が蓄積されることがあります。
PIEZOCONCEPTコントローラからDB-9コネクタを取り外す際は、まずコマンド電圧を-5.0Vに設定し、PIEZOCONCEPTコントローラのAC電源をOFFにして、1分後に取り外してください。
重要事項
本書に記載されているPIEZOCONCEPT製品に関する技術情報、推奨事項、および事例は、すべて正しいと思われる情報に基づいています。購入者または使用者は、使用する前に各製品の適合性を判断する必要があります。PIEZOCONCEPTの製品およびサービスの使用に関連するすべてのリスクと責任は、購入者または使用者が負うものとします。
1 はじめに
PIEZOCONCEPTコントローラは、すべてのPIEZOCONCEPTナノポジショニングシステムの操作に必要な完全な制御パッケージで す。PIEZOCONCEPTコントローラは、低ノイズ、低ドリフトの150Vドライバ、位置検出エレクトロニクス、および閉ループ比例積分（PI）フィードバック制御が含まれています。比例積分制御では、フィードバックループの帯域幅は積分項の積分時定数で決定されます。クローズドループの指令位置は，前面パネルの BNC 入力から供給されます。ドライバは150Vで150mAを供給することが可能です。
PIEZOCONCEPTコントローラには、1チャンネル、2チャンネル、3チャンネルの各バージョンが用意されています。各PIEZOCONCEPTコントローラは、工場出荷時に、対応するナノポジショニングデバイス用に調整されています。この調整には、位置検出エレクトロニクスのオフセットの設定が含まれます。安定した環境条件下では、この設定の再調整は必要ありません。PIEZOCONCEPTコントローラの各ナノポジショニングステージと各チャンネルには、識別のための明確なラベルが貼られています。
表1: PIEZOCONCEPTコントローラ仕様
1.1 フロントパネル接続
各チャンネルのフロントパネル接続は以下のとおりです。
- 入力 : コマンド電圧用アナログ入力 (-5.0V～5.0V)
- センサ出力 : 0.0～10.0V バッファ付き BNC コネクタ出力*。
- HV/10 : HV÷10（-1.0～+15.0V）出力 BNC コネクタ
- DB-9 : ナノポジショニングステージへのD-Type 9ピン・コネクター
- オフセット：位置検出回路の調整
*センサーの出力信号0.0～10.0Vは、ステージの変位量0～最大変位量に相当します。
1.2 リアパネル接続
PIEZOCONCEPT コントローラのリアパネル接続は，以下の仕様となっています。
- AC-Power : 220 V 電源
- FUSE : 2Aヒューズ
- USBコネクタ，TTL出力4系統 (オプション)
2 設置方法
2.1 シングル チャンネル システムの設置
単一チャンネルシステムをセットアップするには、以下の手順を使用します。
a) ナノポジショニングステージを、その「設置および操作マニュアル」に記載されているように設置します。
b) PIEZOCONCEPTコントローラの電源をオフにします。
c) ナノポジショニングステージの DB-9 コネクタを PIEZOCONCEPT コントローラに接続し、ネジを締 めます。
d) 指令信号電圧を-5.0Vに設定します。
e) PIEZOCONCEPTコントローラの電源を入れる。
f) これで、指令信号がナノポジショニングステージの変位を制御するようになります。
g) システムをオフにする前に、コマンド信号を-5.0Vに設定します。
h) 電源が入っている間は、絶対に DB-9 コネクタを外さないでください。1 分間待って PZT を放電させてから、DB-9 コネクタを抜いてください。
2.2 マルチ チャンネル システムの設置
多チャンネル システムをセットアップするには、各チャンネルについてセクション 2.1 に記載されている手順に従います。正しい PIEZOCONCEPT コントローラチャンネルが各ナノポジショニングステージに使用されていることを確認してください。ナノポジショニングステージとPIEZOCONCEPTコントローラの異なる軸の両方が明確にラベル付けされています。
3 アナログインターフェースによる圧電制御装置の操作 - クローズドループ動作
PIEZOCONCEPTコントローラをアナログモードで動作させるには、フロントパネルのBNCラベル付き入力にコマンド信号を入力します。安定した電源または外部 DAC を使用します。入力電圧範囲は-5.0V～5.00Vで，ゼロ段変位から最大段変位に相当します。この電圧範囲を超えないようにしてください。
使用しないときは，コントローラの電源を切ることをお勧めします。電源が入っているときは，DB-9コネクタを絶対に外さないでください。
4 オフセット調整
位置検出エレクトロニクスのレンジとオフセットは工場で調整されています。多チャンネルシステムでは、正しいナノポジショニングステージをPIEZOCONCEPTコントローラの各チャンネルに接続することが重要です。これらの軸は、PIEZOCONCEPTコントローラとナノポジショニングステージの両方に明確にマークされています。
クローズドループモードでは、高電圧出力は-5.0Vから135.0Vの間で動作します。高電圧の15Vオーバーヘッドは、Proportional-Integralコントローラを動作させるために必要です。比例積分型コントローラは、この電圧を使って、わずかな温度変化や環境変化、クリープやヒステリシスを補正する。
室温が数度変化すると、高電圧出力のオフセットがシフトします。温度の上昇により，出力範囲が-5.0V～135.0Vから0.0V～140.0Vに移行する場合があります。このような場合，PI回路がクリープやヒステリシスを補償する十分なオーバーヘッドを持っているため，調整の必要はありません。一般に，温度などの環境変化はオフセットのみに影響し，トータルレンジには影響しません。
このような場合、センシングエレクトロニクスを継続的に調整するよりも、環境条件を制御することが常に最善となります。ナノポジショニングシステムは温度制御された部屋で使用し、ステージの再インストールの回数を最小限に抑えます。
新しいナノポジショニングステージが設置されたら、位置検出回路のオフセットを調整することが推奨されます。一度調整すれば、ステージを再設置するか、温度が5度以上変化しない限り、それ以上の調整は必要ありません。以下の手順でオフセットを設定します。
a) ナノポジショニングステージを設置し、PIEZOCONCEPTコントローラに接続し、PIEZOCONCEPTコントローラをオンにした状態で、校正済み電圧計を使用してHV/10出力信号を監視します。
b) 指令信号入力に-0Vを印加し、1分間待つ。遅い電圧ドリフトは、比例積分回路がPZTのクリープを補償しているためである。
c) 絶縁ドライバーを使用して、HV/10 出力信号が -1.0V から -0.5V の間になるように前面パネルのオフセットねじを調整します。信号を監視しながらゆっくりと調整します。時計回りに回すと、電圧が上昇します。
オフセットを調整するもう一つの方法は、アナログ入力に-5V/+5V の正弦波を送り、センサー信号の片側または反対側に飽和がある場合、ドライバーでオフセットねじを調整することです。
5 トラブルシューティング
PIEZOCONCEPTコントローラは高精度の機器であるため、物理的および電気的に静かな環境で操作する必要があります。電気的および振動的なノイズは、PIEZOCONCEPTコントローラおよび/またはナノポジショニングステージで 拾われる可能性があります。このノイズは、HV/10 BNC出力で観察することができます。
1-5 Hz 低周波ノイズは、一般的に建物の振動によるもので、足の動きや車の動きによって引き起こされることがあります。このタイプのノイズは、しばしば時間依存性がある。ナノポジショニングステージを慎重に防振することで除去することができます（これらの製品の見積もりについてはお問い合わせください）。
50,100 Hz グランドループ干渉により発生するノイズです。ナノポジショニングステージとPIEZOCONCEPTコントローラの接地電位にわずかな差があるために発生します。この問題は、ナノポジショニングステージを紙の上に置くなどして、電気的に絶縁することで確認できます。ノイズレベルが低下した場合、グラウンドの電位が異なっている可能性があります。
6 推奨
PIEZOCONCEPT コントローラからナノポジショナを取り外した場合、付属の電気ジャンパーでピエゾアクチュエータをバイパ スすることをお勧めします（下写真を参照ください）。これにより、寿命が延びます。
日中ステージを使用しないときは、-5Vに近い電圧を印加するのがベストです。実際、アナログ入力にかける電圧は-5Vから5Vの間である。この電圧はオフセットされ、0Vから150Vの電圧範囲に増幅されて圧電素子に送られる。つまり、-5Vかそれより少し高い電圧（-4Vなど）をかけても、ピエゾアクチュエータに15V以上かかることはなく、ピエゾの老化を早めることはない。逆に、アナログ入力に5Vを長時間印加することは避けるべきでしょう。静止時は-5V〜-4Vを印加するのがベストです。
一日の終わりには、コントローラーの電源を切るのがベストです。電源を切る前に、アナログ入力に-5Vを印加してください。これは、コントローラの静電容量が大きく、電源を切るとピエゾスタックに放電してしまうからです。ピエゾスタックは満充電のときよりも、空のときの方がより多くの追加充電をサポートできます。このため、コントローラーの電源を切る前に-5Vを印加するのがベストです。
最後に、コントローラの電源を切るときは、少なくとも1分間待ってから再投入することをお勧めします。
